時空的漣漪可以解釋宇宙的神秘存在

一項研究有助於解釋宇宙最大的謎團之一：為什麼物質比反物質更多？ 這個答案可以反過來解釋為什麼從原子到黑洞，一切物質都存在。

宇宙起源之時

數十億年前，在宇宙大爆炸發生後不久，宇宙膨脹使我們的宇宙呈指數級擴張，並將能量轉化成了物質。 物理學家認為，膨脹最初會產生相同數量的物質和反物質，當它們接觸時會相互抵消。 但是隨後發生了一些事情，使天平傾向於物質，使我們現在能夠看到和觸摸的一切事物都存在。 這項發表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）上的新研究表明，這種解釋背後的時空波動很小。

這項研究的首席作者加州大學博士後傑夫·德羅說：「如果從物質和反物質的相同成分開始研究，通常會一無所獲。因為反物質和物質帶有數量相等但正負相反的電荷，一切都會相互抵消並毀滅。「顯然，我們的宇宙並非如此。 研究人員認為，可能存在一些非常奇怪的基本粒子，稱為中微子，它們不帶電荷，但可以像物質或反物質那樣發生反應。

研究人員傾向於認為，宇宙在大爆炸之後將冷卻約一百萬年，並且將經歷相變（從一種物理狀態過渡到另一種物理狀態），從而促使中微子分解產生比反物質更多的物質。

宇宙膨脹會將小型宇宙擴展到宏觀範圍，並將宇宙能量轉化為物質。 根據這個新理論，宇宙膨脹後的相變導致物質的含量比反物質略大，並且還產生了宇宙弦，該宇宙弦會在時空產生輕微的波動– © R. Hurt/Caltech-JPL/NASA et Kavli IPMU/ESA

有關宇宙弦的理論

為了探索這種理論的可能性，德羅爾和他的團隊使用了不同的理論模型。 根據他們的計算，這種相變產生了很長而且細小的能量線，能夠貫穿宇宙，將其命名為「宇宙弦」。 這些宇宙弦可能是時空中非常微小的波動（引力波）的來源。 在我們的宇宙中，最強的引力波發生在超新星爆發期間或兩個黑洞合併時，但是據說宇宙弦引起的引力波要比迄今為止我們的儀器所探測到的弱得多。

但是，當團隊在各種溫度條件下對這種假設的相變建模時，他們做出了令人振奮的發現：不管採用哪種方式，宇宙弦都會產生引力波，觀測站都可以檢測到，例如歐洲航天局和宇宙大爆炸觀測項目的雷射幹涉儀太空天線（LISA），以及日本航空航天局的十赫茲幹涉儀引力波天文臺（DECIGO）。

亞利桑那州立大學理論物理學家塔梅·瓦西斯帕迪（Tanmay Vachaspati）總結說：「如果這些宇宙弦以足夠高的能量產生，它們將產生引力波，而這些引力波可以由配備適當技術的天文臺探測到。」

相關知識

拉廣義相對論裡，引力波是時空個漣漪。當投擲石頭到池塘裡時，會拉池塘表面產生漣漪，從石頭入水個位置向外傳播。當帶質量物體呈加速度運動時，會拉時空產生漣漪，從帶質量物體位置向外傳播，箇時空個漣漪就是引力波。

弦理論(英語：String theory)，又稱弦論，是發展中理論物理學的一支，結合量子力學和廣義相對論為萬有理論。弦理論用一段段「能量弦線」作最基本單位以說明宇宙裡所有微觀粒子如電子、夸克、中微子都由這一維的「能量線」所組成；換而言之，弦論主張「弦」以不同的振動模式對應到自然界的各種基本粒子。

較早時期所建立的粒子學說則是認為所有物質是由零維的點粒子所組成，也是目前廣為接受的物理模型，也很成功的解釋和預測相當多的物理現象和問題，但是此理論所根據的粒子模型卻遇到一些無法解釋的問題。比較起來，弦理論的基礎是波動模型，因此能夠避開前一種理論所遇到的問題。更深的弦理論學說不只是描述弦狀物體，還包含了點狀、薄膜狀物體，更高維度的空間，甚至平行宇宙。弦理論目前尚未能做出可以實驗驗證的準確預測。

作者: Yann Contegat

FY: 亦楓

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